专利名称：六自由度盾构管片拼装机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种工程机械技术领域的管片拼装机，具体是一种六自由度盾构
管片拼装机。
背景技术：
管片拼装机是隧道施工用的盾构掘进机的重要部件之一，盾构掘进机向前掘进后 必须用预制好的钢筋混凝管片拼装成隧道衬砌，从而保护开挖好的隧道表面。管片拼装的 质量直接影响地下水土的渗透和地表的沉降，而负责完成管片拼装的盾构管片拼装机的功 能对管片拼装质量及隧道施工进度有着重要影响。 经过对现有相关技术文献检索发现，中国专利申请号为200610025189. 5，名称 为具有六个自由度的盾构管片拼装机。该技术自述为一种具有六个自由度的盾构管片 拼装机，包括有旋转盘体、驱动装置、二悬臂梁、二平移油缸、二导向外套、二导向内套、二提 升油缸、提升横梁、管片钳头装置、管片配重、转动平台、中心球关节轴承、管片倾斜油缸、管 片转动油缸、固定盘体和滚轮装置。由于该装置仅靠管片倾斜油缸和管片转动油缸实现管 片的摆动，靠提升油缸实现管片的上下升降和左右微小移动，因此管片倾斜油缸、管片转动 油缸和提升油缸的负载较大，机构的整体负载能力较低；此外，该装置本质上是由一个两自 由度串联机构、一个两自由度平面移动并联机构和一个两自由度转动并联机构串联而成， 存在累计误差较多，机构整体刚度低等问题，不利于管片拼装机的控制以及长期、高负载的 工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种六自由度盾构管片 拼装机，目标是提高管片拼装机的负载能力，同时降低机构间的累积误差，提高机构整体刚度。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括两个悬臂梁、两个平移油缸、导轨、滑块、固定盘体、旋转盘体、液压马 达、内齿轮、外齿轮、管片配重、动平台、第一分支机构、三个第二分支机构和管片钳头装置， 其中两个悬臂梁沿垂直于固定盘体的方向平行布置，悬臂梁的上、下表面沿平行于悬臂梁 方向设有导轨，滑块的一端设置于导轨上，另一端与固定盘体固定连接，两个平移油缸分别 设置于两个悬臂梁的上方，平移油缸的一端与悬臂梁固定连接，另一端与滑块固定连接，旋 转盘体嵌套于固定盘体内，外齿轮嵌套于旋转盘体内，液压马达的输出轴与内齿轮固定连 接，内齿轮和外齿轮啮合，管片配重固定在旋转盘体上，第一分支机构的一端与管片配重相 连，另一端与动平台相连，三个第二分支机构各自的一端分别与管片配重相连，各自的另一 端分别与动平台相连，管片钳头装置固定于动平台上。 所述的第一分支机构包括第一连杆和球铰，其中第一连杆的一端与管片配重 相连并组成移动副，第一连杆的另一端与球铰相连，且该球铰与动平台活动连接。
所述的第二分支机构包括第二连杆和第三连杆，其中第二连杆的一端与第三 连杆相连并组成移动副，第二连杆的另一端与球铰或万向铰相连，且该球铰或万向铰与管 片配重活动连接。 所述的第三连杆一端与第二连杆相连并组成移动副，另一端与球铰相连，且该球 铰与动平台活动连接。 工作时，将悬臂梁沿着平行于盾构机轴线的方向固定于盾构机的内壳体上，在平 移油缸的驱动下，滑块沿着导轨移动，带动固定盘体沿着盾构机轴线方向的平移；液压马达 驱动内齿轮的旋转，通过内齿轮与外齿轮的啮合，旋转盘体围绕盾构机的轴线转动；管片配 重、第一分支机构、第二分支机构和动平台组成了四自由度并联机构，该四自由度并联机构 在四个移动副的联合作用下带动管片钳头装置上下移动以及绕第一连杆与动平台之间球 副的三个不同方向的旋转，从而实现了对盾构管片的六自由度操作。 与现有技术相比，本发明的优点在于采用四自由度并联机构，对同样的盾构管片 而言，减少了对第一分支机构和第二分支机构中移动副的输入力，从而提高了机构的负载 能力，另外，采用四自由度并联机构能够降低机构的累积误差，提高机构整体刚度，延长工 作寿命。
图1是本发明的整体结构示意图； 其中(a)是本发明的左斜视图，(b)是本发明的右斜视图。
图2是本发明的侧视图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。 如图l和图2所示，本实施例包括两个悬臂梁1、两个平移油缸2、导轨3、滑块4、 固定盘体5、旋转盘体6、液压马达7、内齿轮8、外齿轮9、管片配重10、动平台11、第一分支 机构12、三个第二分支机构13和管片钳头装置14，其中两个悬臂梁1沿垂直于固定盘体 5的方向平行布置，导轨3沿平行于悬臂梁1方向设置于悬臂梁1的上、下表面，滑块4的 一端设置于导轨3上，另一端与固定盘体5固定连接，两个平移油缸2分别设置于两个悬臂 梁1的上方，平移油缸2的一端与悬臂梁1固定连接，另一端与滑块4固定连接，旋转盘体 6嵌套于固定盘体5内部，外齿轮9固定在旋转盘体6内部，液压马达7的输出轴与内齿轮 8固定连接，内齿轮8和外齿轮9啮合，管片配重10固定在旋转盘体6上，第一分支机构12 的一端与管片配重10相连，另一端与动平台11相连，三个第二分支机构13各自的一端分 别与管片配重10相连，各自的另一端分别与动平台11相连，管片钳头装置14固定于动平 台11上。 所述的第一分支机构12包括第一连杆15和球铰16，其中第一连杆15的一端 与管片配重10相连并组成移动副17，第一连杆15的另一端与球铰16相连，且该球铰16与 动平台11活动连接。
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所述的第二分支机构13包括第二连杆18和第三连杆19，其中第二连杆18的 一端与第三连杆19相连并组成移动副17，第二连杆18的另一端与球铰16相连，且该球铰 16与管片配重IO活动连接。 所述的第三连杆19 一端与第二连杆18相连并组成移动副17，另一端与球铰16相 连，且该球铰16与动平台11活动连接。 本实施例各个机构间的累积误差低，机构整体刚度高，负载能力强。
权利要求
一种六自由度盾构管片拼装机，包括两个悬臂梁、两个平移油缸、导轨、滑块、固定盘体、旋转盘体、液压马达、内齿轮、外齿轮、管片配重、动平台、第一分支机构、三个第二分支机构和管片钳头装置，其特征在于，两个悬臂梁沿垂直于固定盘体的方向平行布置，悬臂梁的上、下表面沿平行于悬臂梁方向设有导轨，滑块的一端设置于导轨上，另一端与固定盘体固定连接，两个平移油缸分别设置于两个悬臂梁的上方，平移油缸的一端与悬臂梁固定连接，另一端与滑块固定连接，旋转盘体嵌套于固定盘体内，外齿轮嵌套于旋转盘体内，液压马达的输出轴与内齿轮固定连接，内齿轮和外齿轮啮合，管片配重固定在旋转盘体上，第一分支机构的一端与管片配重相连，另一端与动平台相连，三个第二分支机构各自的一端分别与管片配重相连，各自的另一端分别与动平台相连，管片钳头装置固定于动平台上。
2. 根据权利要求1所述的六自由度盾构管片拼装机，其特征是，所述的第一分支机构 包括第一连杆和球铰，其中第一连杆的一端与管片配重相连并组成移动副，第一连杆的 另一端与球铰相连，且该球铰与动平台活动连接。
3. 根据权利要求1所述的六自由度盾构管片拼装机，其特征是，所述的第二分支机构 包括第二连杆和第三连杆，其中第二连杆的一端与第三连杆相连并组成移动副，第二连 杆的另一端与球铰或万向铰相连，且该球铰或万向铰与管片配重活动连接。
4. 根据权利要求3所述的六自由度盾构管片拼装机，其特征是，所述的第三连杆一端 与第二连杆相连并组成移动副，另一端与球铰相连，且该球铰与动平台活动连接。
全文摘要
一种六自由度盾构管片拼装机，属于工程机械技术领域。本发明包括二悬臂梁、二平移油缸、导轨、滑块、固定盘体、旋转盘体、液压马达、内齿轮、外齿轮、管片配重、动平台、第一分支机构、三个第二分支机构和管片钳头装置，其中二悬臂梁平行布置，且上、下表面均设有导轨，滑块的两端分别与导轨和固定盘体相连，二平移油缸分别位于二悬臂梁上方，且两端分别与悬臂梁和滑块固连，旋转盘体嵌套于固定盘体内，外齿轮固定在旋转盘体内，并与内齿轮啮合，液压马达与内齿轮固连，管片配重固定在旋转盘体上，第一分支机构和三个第二分支机构各自的两端分别与管片配重和动平台相连，管片钳头装置固定于动平台上。本发明机构整体刚度高，负载能力强。
文档编号E21D11/04GK101696634SQ20091030943
公开日2010年4月21日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者张勇, 杨加伦, 赵现朝, 郭为忠, 陈杰, 高峰 申请人:上海交通大学;